Prelucrarea CNC a aliajelor de titan

Aliajele de titan și-au câștigat reputația de “metale din era spațială” datorită combinației lor excepționale de proprietăți, ceea ce le face indispensabile în aplicații de înaltă performanță din diverse industrii. În timp ce caracteristicile lor unice oferă avantaje semnificative, acestea prezintă, de asemenea, provocări distincte în prelucrarea CNC care necesită cunoștințe, tehnici și echipamente specializate. Acest articol oferă o prezentare cuprinzătoare a prelucrării CNC pentru aliajele de titan, acoperind proprietățile lor cheie, tipurile comune, provocările de prelucrare, cele mai bune practici, aplicații și considerații conexe.

Prelucrarea CNC a produselor medicale din aliaj de titan

Principalele proprietăți și beneficii ale aliajelor de titan

Aliajele de titan se remarcă printr-o serie de proprietăți superioare care le fac foarte căutate pentru aplicații critice:

Raport excepțional rezistență/greutate: Piesele din titan rivalizează cu rezistența la tracțiune a anumitor oțeluri în timp ce cântăresc aproximativ jumătate mai mult - doar 40% mai greu decât aluminiu și 40% mai ușoare decât oțelul, ceea ce le face ideale pentru industriile în care reducerea greutății este primordială, fără a compromite integritatea structurală.
Rezistență superioară la coroziune: Titanul formează un strat protector de oxid atunci când este expus la aer, care se poate repara singur, permițându-i să reziste coroziunii cauzate de apa de mare, substanțele chimice și mediile dure. Această proprietate îl face o alegere de top pentru aplicații marine, de prelucrare chimică și offshore.
Biocompatibilitate: Netoxice și compatibile cu țesutul uman, aliajele de titan promovează osteointegrarea (legătura dintre os și implanturi), ceea ce le face utilizate pe scară largă în dispozitivele medicale și dentare.
Rezistență la temperaturi ridicate: Cu un punct de topire ridicat, titanul își menține rezistența și stabilitatea chiar și în condiții extreme de temperatură, fiind potrivit pentru motoare cu reacție, componente de rachete și echipamente industriale cu temperaturi ridicate.
Reciclabilitate: Titanul este complet reciclabil, aliniindu-se practicilor de fabricație durabile, păstrându-și în același timp proprietățile de bază.

Grade comune de titan pentru prelucrare CNC

Titanul este disponibil în aproape 40 de grade ASTM, inclusiv titan pur din punct de vedere comercial (gradele 1-4) și aliaje de titan (gradele 5 și superioare), fiecare fiind adaptat la aplicații specifice:

Grad 1 (comercial pur, conținut scăzut de oxigen): Oferă o rezistență excelentă la coroziune, duritate ridicată la impact și prelucrabilitate ușoară, deși este mai puțin rezistent decât alte tipuri. Aplicațiile includ prelucrarea chimică, schimbătoare de căldură, sisteme de desalinizare, piese auto, rame de avion și dispozitive medicale.
Grad 2 (comercial pur, conținut standard de oxigen): Mai puternic decât gradul 1, cu rezistență ridicată la coroziune, ductilitate, formabilitate, sudabilitate și prelucrabilitate bune. Utilizat în rame de avioane, motoare de aeronave, prelucrarea hidrocarburilor, echipamente marine, dispozitive medicale și fabricarea cloratului.
Grad 3 (comercial pur, conținut mediu de oxigen): Mai dificil de format decât gradele 1 și 2, dar prezintă o rezistență ridicată și rezistență la coroziune, cu o prelucrabilitate decentă. Frecvente în aplicații aerospațiale, marine și medicale.
Grad 4 (comercial pur, conținut ridicat de oxigen): Cea mai puternică calitate de titan pur, cu rezistență excelentă la coroziune. Necesită viteze mari de avans, viteze reduse și un flux mare de lichid de răcire datorită prelucrării dificile. Aplicațiile includ vase criogenice, schimbătoare de căldură, sisteme hidraulice, rame de avioane, echipamente chirurgicale și echipamente marine.
Grad 5 (Ti6Al4V): Cel mai utilizat aliaj de titan (reprezentând aproximativ jumătate din consumul mondial de titan), aliat cu 6% aluminiu și 4% vanadiu. Echilibrează rezistența ridicată la coroziune și formabilitatea excelentă, dar are o prelucrabilitate redusă. Ideal pentru structuri de fuselaje, motoare de aeronave, generarea de energie, dispozitive medicale, echipamente marine/offshore și sisteme hidraulice.
Grad 6 (Ti5Al-2.5Sn): Prezintă o bună sudabilitate, stabilitate și rezistență la temperaturi ridicate, cu o rezistență intermediară pentru aliajele de titan. Utilizat în reținerea gazului lichid/propellantului pentru rachete, rame de avioane, motoare cu reacție și vehicule spațiale.
Grad 7 (Ti-0.15Pd): Adesea considerat pur, dar conține cantități mici de paladiu, oferind o rezistență superioară la coroziune, o sudabilitate și o formabilitate excelente (deși rezistență mai scăzută decât alte aliaje). Se aplică în prelucrarea chimică și în piesele echipamentelor de producție.
Gradul 11 (Ti-0.15Pd): Similar cu gradul 7, cu rezistență excelentă la coroziune, ductilitate și formabilitate, dar cu o rezistență chiar mai scăzută. Utilizat în aplicații de desalinizare, marine și de fabricare a cloratului.
Grad 12 (Ti0.3Mo0.8Ni): Oferă rezistență ridicată la temperaturi ridicate, o sudabilitate excelentă și rezistență la coroziune, dar este mai scump decât alte aliaje. Potrivit pentru aplicații hidrometalurgice, componente aeronautice/marine și schimbătoare de căldură.
Clasa 23 (Ti6Al4V-ELI): Oferă o mare formabilitate, ductilitate, rezistență la fractură și biocompatibilitate ideală, dar o prelucrabilitate redusă. Utilizat frecvent în aparate ortodontice, pini/șuruburi ortopedice, capse chirurgicale și cabluri ortopedice.

Provocări în prelucrarea CNC a aliajelor de titan

În ciuda avantajelor lor, aliajele de titan prezintă provocări unice care necesită abordări specializate:

Conductivitate termică scăzută: Titanul disipă încet căldura, ceea ce duce la acumularea de căldură localizată în timpul prelucrării. Acest lucru nu numai că accelerează uzura sculei, dar riscă și distorsionarea piesei de prelucrat, întărirea prelucrării și chiar pericolul de incendiu.
Tendința de înăsprire a muncii: Materialul se întărește rapid atunci când este supus forțelor de tăiere, făcând tăierile ulterioare mai dificile și crescând solicitarea sculei.
Flexibilitate și vibrații: Rezistența titanului ascunde flexibilitatea sa, care poate provoca vibrații (chattering) în timpul prelucrării. Acest lucru necesită sisteme robuste de prindere a pieselor și configurații stabile de prelucrare pentru a menține precizia.
Gălbenușuri și margine construită (BUE): Natura “gumoasă” a titanului, în special în clasele pure din comerț, îl face să adere la uneltele de tăiere, formând BUE și galing. Acest lucru afectează performanța de tăiere, degradează durata de viață a sculei și compromite finisarea suprafeței.
Uzura sculelor: Duritatea și abrazivitatea titanului duc la degradarea mai rapidă a sculei, necesitând materiale și acoperiri durabile pentru scule.

Procese, sfaturi și tehnici de prelucrare

Pentru a depăși aceste provocări și a asigura rezultate de înaltă calitate, următoarele bune practici sunt esențiale:

Selecția și acoperirea sculelor

Utilizați unelte de tăiere fabricate din carbură durabilă sau oțel de mare viteză acoperit (HSS) cu combinații de tungsten, carbon și vanadiu, care pot menține duritatea până la 600 ℃.
Optați pentru acoperiri de scule concepute pentru prelucrarea titanului, cum ar fi nitrură de titan-aluminiu (TiAlN), nitrură de aluminiu-titan (AlTiN Nano) sau carbo-nitrură de titan (TiCN). Aceste acoperiri formează un strat de oxid protector la temperaturi ridicate, reduc transferul de căldură, îmbunătățesc lubrifierea și previn formarea de zgârieturi. Freza cu capăt HVTI de la HLW (optimizată pentru frezare de înaltă eficiență) și acoperirea Aplus sunt alegeri excelente pentru îmbunătățirea duratei de viață și a performanței sculei.

Menținere și stabilitate

Utilizați sisteme de prindere rigide și sigure pentru a reduce la minimum devierea și vibrațiile piesei de prelucrat. Evitați tăierile întrerupte și mențineți scula în mișcare constantă în timpul contactului cu piesa de prelucrat - rămânerea în găuri forate sau oprirea în apropierea pereților profilați cauzează căldură în exces și uzura sculei.
Utilizați o freză cu diametrul miezului mai mare, reduceți la minimum proeminența dintre botul fusului și vârful sculei și mențineți avansuri și viteze constante pentru a reduce frecarea.

Imagini cu produse de prelucrare CNC a aliajului de titan

Răcire și lubrifiere

Utilizați cantități abundente de lichid de răcire la presiune ridicată, cu proprietăți excelente de lubrifiere și răcire (de exemplu, lichide de răcire pe bază de emulsie) pentru a disipa căldura, a îndepărta așchiile și a preveni BUE și frecarea. Direcționați fluxul de lichid de răcire direct către suprafața de tăiere pentru o 效果 optimă.

Strategii și parametri de prelucrare

Adoptați frezarea ascendentă (în loc de frezarea convențională) pentru a reduce transferul de căldură către piesa de prelucrat. Frezarea în urcare produce așchii care încep groase și subțiri, favorizând disiparea căldurii către așchii și asigurând o forfecare mai curată.
Utilizați viteze de tăiere mai mici (de obicei 18-30 de metri pe minut / 60-100 de picioare pe minut) asociate cu viteze de avans mai mari și cu o cantitate mai mare de așchii pentru a reduce la minimum acumularea de căldură și întărirea la locul de muncă. Ajustați vitezele în funcție de calitatea titanului, de scule și de rigiditatea mașinii.
Pentru tăieturile de intrare și de ieșire, arcuiește ușor scula în material sau folosește șanțuri pentru a crește/diminua treptat presiunea, reducând șocul sculei și ruperea materialului.
Utilizați unelte cu diametru mai mic pentru a crește expunerea la aer și lichid de răcire, permițând muchiei de tăiere să se răcească între tăieri.
Simplificați geometriile complexe în proiectarea pieselor (de exemplu, raze mai mari, grosime uniformă a pereților, evitarea buzunarelor adânci) pentru a eficientiza prelucrarea și a reduce solicitarea sculei.

Considerații privind proiectarea pieselor

Utilizați software CAD/CAM (de exemplu, asociat cu instrumente de simulare precum ANSYS) pentru proiectarea precisă a pieselor și generarea traseelor de scule. Dispozitivele și dispozitivele de fixare bine concepute sunt esențiale pentru menținerea stabilității și preciziei.
Încorporarea principiilor Design for Manufacturability (DFM) - HLW oferă feedback DFM (atât AI-driven, cât și uman) pentru a optimiza designul pieselor pentru eficiență, calitate și rentabilitate.

Aplicații ale pieselor din titan prelucrate CNC

Piesele din titan prelucrate CNC fac parte integrantă din numeroase industrii foarte solicitate:

Aerospațial: Principalul consumator de titan, utilizat în componente ale scaunelor aeronavelor, arbori, piese de turbine, supape, sisteme de generare a oxigenului, rame de avioane și componente de rachete. Greutatea sa redusă și rezistența ridicată la căldură permit eficiența consumului de combustibil și performanța la viteze supersonice.
Medicale și dentare: Aliajele de titan biocompatibile sunt utilizate în înlocuirea articulațiilor șold/genunchi/coate/umăr, șuruburi osoase/dentare/craniene, tije de fixare a coloanei vertebrale, implanturi ale capului femural, ace ortopedice, capse chirurgicale și coroane/punți/implanturi dentare.
Armată și apărare: Aplicat în industria aerospațială militară, rachete, artilerie, submarine, vehicule terestre (pentru rezistență balistică) și echipamente navale.
Marin/Naval: Potrivit pentru arborele elicei de desalinizare a apei de mare, echipamente submarine de extracție a resurselor, platforme, robotică subacvatică, schimbătoare de căldură marine, elice și sisteme de conducte - valorificând rezistența la coroziune și proprietățile sale ușoare.
Automotive: Folosit pentru reducerea greutății și a consumului de combustibil, cu aplicații în supape, arcuri de supape, pivoți de piston de motor, reținere și pistoane de etrier de frână.
Bunuri de consum: Prezent în echipamente sportive (crose de golf, rame de biciclete, bâte de baseball, rachete de tenis, echipament de camping) și bijuterii (ceasuri, rame de ochelari, verighete, coliere) datorită aspectului său ușor și atractiv.
Prelucrarea chimică: Folosit în schimbătoare de căldură, sisteme de desalinizare și piese ale echipamentelor de producție pentru rezistența sa la coroziune.

Opțiuni de finisare a suprafețelor

Finisarea suprafeței îmbunătățește funcționalitatea, durabilitatea și estetica pieselor din titan prelucrate CNC:

Anodizare: O alegere comună care crește rezistența la coroziune, minimizează creșterea în greutate, reduce frecarea și îmbunătățește aspectul.
Finisaje mecanice: Lustruire, sablare și periere pentru a reduce rugozitatea suprafeței și a obține texturile dorite.
Acoperiri: Acoperire PVD, acoperire cu pulbere, cromare și electroforeză pentru protecție sporită și performanță.
Alte tratamente: Vopsire pentru personalizare estetică. HLW oferă până la 6 opțiuni de post-procesare, inclusiv sablare, acoperire cu pulbere, prelucrare netedă și lustruire.

Considerații economice

Costul mai ridicat al titanului (din cauza standardelor de calitate riguroase și a cererii în creștere) necesită optimizarea strategică a costurilor:

Comparați prețurile titanului cu alternative (de exemplu, oțel, aluminiu) pentru aplicații necritice.
Optimizați durata de viață a sculei, timpul de prelucrare și utilizarea materialelor pentru a reduce risipa.
Urmăriți și minimizați costurile legate de scule, lichid de răcire, forță de muncă, energie și gestionarea deșeurilor.
Profitați de longevitatea și durabilitatea titanului pentru economii de costuri pe termen lung. Rețeaua HLW de peste 1.600 de mașini de frezat și strunjit asigură prețuri competitive și o producție eficientă atât pentru comenzile complexe, cât și pentru cele de volum redus.

Precauții de siguranță și standarde industriale

Practici de siguranță

Purtați echipament de protecție individuală (EPI) pentru a reduce riscurile legate de resturile zburătoare, lichidul de răcire și riscurile de incendiu.
Respectați procedurile adecvate de manipulare și depozitare a materialelor, lichidelor de răcire și așchiilor din titan.
Implementați măsuri de prevenire a incendiilor și planuri de intervenție în caz de urgență, deoarece căldura excesivă poate prezenta riscuri de incendiu.
Efectuați întreținerea periodică a utilajelor și instruiți operatorii cu privire la practicile sigure de prelucrare.
Eliminați în mod corespunzător așchiile de titan, lichidul de răcire și deșeurile pentru a asigura siguranța la locul de muncă și respectarea normelor de mediu.

Standarde și certificări industriale

Pentru a asigura calitatea și fiabilitatea, prelucrarea CNC a titanului aderă la standarde și certificări industriale stricte:

Standarde ASTM: ASTM B265 (benzi / foi / plăci de titan), ASTM F136 (implant chirurgical Ti6Al4V ELI), ASTM F1472 (implant chirurgical Ti6Al4V).
Standarde ISO: ISO 5832-2 (implanturi din titan nealiat), ISO 5832-3 (implanturi din aliaj Ti6Al4V), ISO 9001 (sisteme de management al calității), ISO 13485 (managementul calității dispozitivelor medicale).
Standarde SAE: SAE AMS 4911 (foaie/strip/placă Ti6Al4V recoaptă).
Certificări: AS9100 (managementul calității în aviație/spațiu/apărare) este esențial pentru componentele aerospațiale.

Servicii de prelucrare CNC HLW pentru aliaje de titan

HLW oferă servicii complete de prelucrare CNC pentru aliaje de titan, utilizând echipamente de ultimă generație (frezare CNC în 3 și 5 axe, strunjire, găurire, alezare) și expertiză pentru a furniza piese de înaltă calitate cu termene de execuție rapide (de obicei sub 10 zile). Capacitățile noastre includ:

Prelucrarea la comandă a titanului din gradele 1-5, 7, 11, 12, 23 și alte aliaje.
Feedback DFM (instant AI și uman) pentru a optimiza proiectarea pieselor în ceea ce privește fabricabilitatea, costul și calitatea.
O gamă de opțiuni de finisare a suprafeței pentru a satisface cerințele funcționale și estetice.
Conformitatea cu standardele industriale (ASTM, ISO, SAE) și certificările (ISO 9001, AS9100, ISO 13485) pentru aplicații critice.
Prețuri competitive și capacitate de producție flexibilă pentru a face față comenzilor de volum redus și geometriilor complexe cu toleranțe strânse (±0,125 mm / ±0,005″).

Pentru a începe, încărcați fișierul dvs. CAD (.STL) pe platforma HLW pentru o ofertă instantanee. Pentru întrebări, contactați-ne la 18664342076 sau info@helanwangsf.com. HLW se angajează să vă ajute să depășiți provocările prelucrării CNC a titanului și să vă ofere rezultate excepționale pentru cele mai exigente proiecte ale dumneavoastră.